一种新型超宽带吸波器的制作方法

本实用新型涉及吸波器领域，具体涉及一种新型超宽带吸波器。

背景技术：

当前,吸波材料不仅活跃在电磁隐身等领域，同时也在安全通信、电磁防护等民用领域的需求也日益迫切。理想的吸波材料必须具有吸波强，吸波频带宽，厚度薄等特点，但现有的吸波材料无法同时满足“强，宽，轻，薄”的要求。例如在等离子体光收集，等离子体传感器，热发射体，光谱过滤器和红外隐形等方面都有着非常重要的意义。此吸波器的超高吸波频率范围涵盖了太阳光和红外波长范围，在太阳能吸收器和红外隐身器等方面的应用都有广阔的前景。

本实用新型提供了一种结构紧凑，完美对称，易于实现、性能好的新型超宽带吸波器。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中存在的性能差的技术问题。提供一种新的新型超宽带吸波器，该新型超宽带吸波器具有简单，结构紧凑，完美对称，易于实现、吸波效率高的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种新型超宽带吸波器，所述新型超宽带吸波器包括周期性结构的吸波单元；吸波单元的底层是超过入射电磁波波长的趋肤深度的连续金属薄膜。

本实用新型的工作原理：本实用新型的超材料吸波器的吸收率定义为A＝1-R-T,R表示反射率，T表示透射率。其中R＝|S11|²,T＝|S21|²,S为散射参数,S11为输入反射系数,S21为输入透射系数。

可以通过调控S11和S21的大小来提高吸收率。根据吸收率公式A＝1-R-T＝1-|S11|²-|S21|²，当反射率和透射率同时极小时，吸波材料的吸收率达到最大。

若在频率范围内S11和S21同时近似为零时，吸收率A近似为1，此时就实现了吸波材料和自由空间的完美匹配，即吸波材料实现近完美吸收。

当使用厚度超过入射电磁波波长的趋肤深度的连续金属薄膜作为底层时，透射率为0，即：T＝|S21|²＝0时，此时吸收率：A＝1-R-T＝1-|S11|²-|S21|²＝1-|S11|²。

上述方案中，为优化，进一步地，所述吸波单元的竖截面包括铁金属制成的两个对称的直角三角形，两个直角三角形之间设置有铁质矩型，两个直角三角形下方依次间隔设有5个二氧化硅条；所述两个直角三角形下方与铁质矩型间设有倒置等腰三角形凹槽。

进一步地，所述直角三角形的底边d2＝80nm，高度y1＝480nm；铁质矩型的宽度d4＝40nm，高度y2＝150nm；5个二氧化硅条的厚度依次为h2＝40nm，h4＝30nm，h6＝20nm，h8＝5nm,h10＝435nm；二氧化硅条的间隔距离依次为h3＝30nm，h5＝40nm，h7＝25nm,h9＝70nm；倒置等腰三角形凹槽的底边d3＝50nm，高度y3＝250nm。

进一步地，所述新型超宽带吸波器的工作波长为400-2000nm。

根据阻抗匹配理论，吸波材料阻抗要与自由空间阻抗相匹配，这样使入射的电磁波能够最大限度地进入材料内部，并且损耗掉，从而可以最大程度地吸收入射电磁波。

通过各种损耗性介质和磁性材料，将入射电磁波的阻抗变换为金属面的阻抗。良好的阻抗匹配条件是设计性能优良吸波材料的首要条件。

本实用新型假设自由空间的阻抗为Z0，吸波材料的阻抗为Z1，则反射系数为：S＝(Z1-Z0)/(Z1+Z0)，当Z0＝Z1时，自由空间和吸波材料完美匹配，此时的反射率R＝|S11|²＝0，实现了对入射电磁波的零反射，且相对等效阻抗等于1。本实用新型的结构的阻抗值越接近于1，则结构的吸收率越好。

本实用新型的有益效果：本实用新型的超材料吸波器为周期性结构，构成较为简单，结构紧凑，完美对称，易于实现；本实用新型提出的超材料吸波器，可以在400-2000nm波长范围内最低实现99％的吸波效率。本实用新型所提出的超材料吸波器结构所选用的材料均为常规材料(铁和二氧化硅)，易于实现。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1，吸波单元截面示意图。

图2，实施例1的吸波器在400nm-2000nm波长范围内的吸收率。

图3，实施例1的吸波器在400nm-2000nm波长范围内的结构的阻抗值。

图4，实施例1的吸波器在400nm-6000nm波长范围内的吸收率。

图5，实施例1的吸波器在400nm-6000nm波长范围内的结构的阻抗值。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供一种新型超宽带吸波器，所述新型超宽带吸波器包括周期性结构的吸波单元；吸波单元的底层是超过入射电磁波波长的趋肤深度的连续金属薄膜。

如图1，吸波单元的截面包括铁金属制成的两个对称的直角三角形，两个直角三角形之间设置有铁质矩型，两个直角三角形下方依次间隔设有5个二氧化硅条；所述两个直角三角形下方与铁质矩型间设有倒置等腰三角形凹槽，挖空状。

使用FDTD solutions仿真计算，图2中我们可以看到从400nm波长到2000nm波长的范围内，吸收率都达到99％以上。并且从630nm波长到2000nm波长范围内，都至少99.4％的高吸收率。这说明本实用新型所设计的超材料结构的吸波器在工作波长上都达到了近乎完美的吸收。

本实施例设计工作波长为400-2000nm的吸波器。具体尺寸为直角三角形的底边d2＝80nm，高度y1＝480nm；铁质矩型的宽度d4＝40nm，高度y2＝150nm；5个二氧化硅条的厚度依次为h2＝40nm，h4＝30nm，h6＝20nm，h8＝5nm,h10＝435nm；二氧化硅条的间隔距离依次为h3＝30nm，h5＝40nm，h7＝25nm,h9＝70nm；倒置等腰三角形凹槽的底边d3＝50nm，高度y3＝250nm。

结构的阻抗越接近于1,则其吸收效果越好。图3为400nm-2000nm波长范围内的结构的阻抗值，在400nm-2000nm波长范围内，其阻抗最大也不超过1.3，说明了本实施例的结构达到了高吸收的效果。

将测试结构的工作波长拓宽，则在400-6000nm波长范围内，其吸收的效果从2000nm开始变差，由吸收率99.6％逐步减到64％。

图4为400nm-6000nm波长范围内的吸收率，即使波长增加到6000nm，其吸收效果也超过60％，这样高吸波效果在以往的所设计的吸波器是很难看到的。

图5为400nm-6000nm波长范围内的结构的阻抗值，从400-6000nm波长范围内结构的阻抗值，最大也不超过4，而且阻抗的变化趋势与吸收率成反比，能够吻合。

本实施例，在所考虑的频率范围内，入射波在金属中的趋肤深度为1um，因此，最底层厚度为1um的金属铁能够有效的防止电磁波透射过吸波器。

本实施例提供的二氧化硅穿插在铁层中的目的是使不同频率电磁波束缚在结构中，并最终使其以焦耳热的形式被结构所吸收。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本实用新型，但是本实用新型不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本实用新型精神和范围内，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。